[发明专利]具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器

说明书

一种用于处理工件的等离子体反应器具有微波源与用户接口，微波源具有使用直接数字上转换的数字同步的旋转频率，用户接口用于控制该旋转频率。

相关申请的交叉引用

本申请主张由Satoru Kobayashi等人在2015年12月18日提出申请的第14/974,376号发明名称为“具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行数字控制的等离子体反应器”的美国专利申请的优先权，其主张由Satoru Kobayashi等人在2015年3月23日提出申请的第62/136,737号发明名称为“具有对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器”的美国专利临时申请；及由Satoru Kobayashi等人在2015年4月28日提出申请的第62/153,688号发明名称为“具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器”的美国专利临时申请的权益。

背景

技术领域

本申请涉及用于使用微波等离子体源处理工件(如半导体晶片)的等离子体反应器。

背景技术

微波等离子体源产生的等离子体的特征在于具有低鞘电压和反应气体的高离解。在微波等离子体处理的许多应用中，圆形径向波导通常用于制造均匀等离子体以处理圆形晶片。然而，由于微波施加器的非均匀(non-uniform)场分布，以及部分由于表面波的激发，所得到的等离子体通常在径向方向与方位角方向的一者或两者中具有不均匀(inhomogeneous)的离子密度分布。

为了改善等离子体均匀性，已经提出了将微波施加器使用于TE₁₁₁模式的高均匀场在邻近处理区域的圆柱形腔中旋转的地方。这是通过从两个空间正交的方向引入时间相位差90度的微波来完成的。为了激发在圆形腔中的完美圆形(perfectly circular)旋转，在两个正交位置处监控圆柱形腔中的电磁波的相位与振幅。所测得的相位和振幅反馈回双输出数字微波产生器以确保完美圆形旋转。在这个微波应用的系统中，波场在腔内圆形地旋转，使得特别在方位角方向预期有相当均匀的等离子体分布。

这种方法对于在低腔室压力的等离子体是有效的，如小于200mTorr的压力。在高压处(如在1Torr之上的压力，等离子体通常是局部的，取决于第一点燃发生的地方。在这种情况下，即使微波场的旋转可能是完美圆形的，但是因为旋转周期对应于微波频率是极短的，所以局部等离子体不能跟随(follow)旋转场。旋转周期可以是约0.5ns(如1/2.45GHz)的量级，这比全局等离子体响应时间(其可以超过1ms)少得多。提供一种增强等离子体均匀性而不损及等离子体在高压(如1Torr)下跟随2.45GHz下的场旋转的能力的方法是有所需要的。

发明内容

一种等离子体反应器，包括：圆柱形微波腔，该圆柱形微波腔在工件处理腔室之上，及该圆柱形微波腔的侧壁中的第一与第二耦接孔以一角度分隔开；微波源，该微波源具有微波频率且包括一对微波控制器，该对微波控制器具有耦接至该第一与第二耦接孔中的相应耦接孔的微波输出。微波控制器的各者包含(a)第一与第二数字调制信号的源，该第一与第二数字调制信号具有对应于慢速旋转频率的频率；(b)第一数字载波信号的源，该第一数字载波信号具有中频；(c)乘法器级(multiplier stage)，该乘法器级包含一对乘法器，该对乘法器中的各个乘法器具有一对输入，该乘法器级经耦接以分别接收(a)该第一数字调制信号、该第二数字调制信号与该第一数字载波信号，该乘法器级具有相应的输出in1与in2；以及(d)数字转模拟转换器，该数字转模拟转换器经耦接以接收相应的输出in1与in2且具有对应于输出in1与in2的模拟输出；及上转换器，该上转换器具有与所述模拟输出耦接的输入，该上转换器包含所述微波输出。

在一个实施例中，该对乘法器中的第一个乘法器经耦接以接收该第一数字调制信号与该数字载波信号，且具有包含该输出in1的第一乘法器输出，而该对乘法器中的第二个乘法器经耦接以接收该第二数字调制信号与该数字载波信号，且具有包含该乘法器输出in2的第二乘法器输出。